ES2790415T3 - Inverter with double structure power cell - Google Patents

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Abstract

Un inversor con celda de potencia de doble estructura, el inversor comprende: una pluralidad de celdas de potencia, cada una con una pluralidad de regiones de la celda de potencia, donde cada fase de potencia se forma conectando en serie una pluralidad de celdas de potencia, y cada una de la pluralidad de celdas de potencia está configurada para recibir una potencia suministrada por un transformador de cambio de fase (20): caracterizado porque cada celda de potencia comprende: un primer SMPS (Suministro de Energía de Modo Conmutado, 210) conectado a una primera región (10a), un segundo SMPS (220) conectado a una segunda región (10b) y un controlador (300) conectado al primer y segundo SMPS (210, 220), en donde la primera región (10a) se configura para incluir una primera unidad de rectificación (110), un primer capacitor (130) y una primera unidad inversora (150), y la segunda región (10b) se configura para incluir una segunda unidad de rectificación (120), un segundo capacitor (140) y una segunda unidad inversora (160), en donde el primer capacitor (130) y el segundo capacitor (140) se conectan en serie, en donde el controlador (300) se configura para controlar el primer SMPS (210) y el segundo SMPS (220), en donde el primer SMPS (210) se dispone para generar señales de activación del inversor para controlar la primera unidad inversora (150) al recibir una primera señal de control desde el controlador (300), en donde el segundo SMPS (220) se dispone para generar señales de activación del inversor para controlar la segunda unidad inversora (160) al recibir una segunda señal de control desde el controlador (300), en donde cada una de la primera unidad de rectificación (110) y la segunda unidad de rectificación (120) se configura para incluir una pluralidad de tiristores (SCR1- SCR3, SCR4-SCR6) para evitar la corriente de entrada, y en donde el primer SMPS (210) se dispone para generar señales de activación del tiristor para accionar los tiristores (SCR1-SCR3) de la primera unidad de rectificación (110) usando el primer voltaje de enlace de CC generado por el primer capacitor como fuente de energía, y el segundo SMPS (220) está dispuesto para generar señales de activación del tiristor para accionar los tiristores (SCR4-SCR6) de la segunda unidad de rectificación (120) utilizando el segundo voltaje de enlace de CC generado por el segundo capacitor como fuente de energía, en donde la primera unidad inversora (150) incluye el primer y segundo grupos inversores (151, 152) cada uno formado con una pluralidad de inversores unitarios, y la segunda unidad inversora (160) incluye un tercer y un cuarto grupos inversores (161, 162) cada uno formado con una pluralidad de inversores unitarios, en donde el primer grupo inversor (151) se conecta en serie al tercer grupo inversor (161) en un primer punto de contacto y el segundo grupo inversor (152) se conecta en serie al cuarto grupo inversor (162) en un segundo punto de contacto.A dual-structure power cell inverter, the inverter comprises: a plurality of power cells, each with a plurality of power cell regions, where each power phase is formed by connecting a plurality of power cells in series , and each of the plurality of power cells is configured to receive a power supplied by a phase change transformer (20): characterized in that each power cell comprises: a first SMPS (Switched Mode Power Supply, 210) connected to a first region (10a), a second SMPS (220) connected to a second region (10b) and a controller (300) connected to the first and second SMPS (210, 220), wherein the first region (10a) is configured to include a first rectification unit (110), a first capacitor (130), and a first inverter unit (150), and the second region (10b) is configured to include a second rectification unit (120), a second capacitor (140) and a second inverter unit (160), where the first capacitor (130) and the second capacitor (140) are connected in series, where the controller (300) is configured to control the first SMPS (210) and the second SMPS ( 220), wherein the first SMPS (210) is arranged to generate inverter activation signals to control the first inverter unit (150) upon receiving a first control signal from the controller (300), wherein the second SMPS (220 ) is arranged to generate inverter activation signals to control the second inverter unit (160) upon receiving a second control signal from the controller (300), wherein each of the first rectification unit (110) and the second unit rectification (120) is configured to include a plurality of thyristors (SCR1-SCR3, SCR4-SCR6) to avoid the input current, and wherein the first SMPS (210) is arranged to generate thyristor activation signals to drive the thyristors (SCR1-SCR3) of the p first rectification unit (110) using the first DC link voltage generated by the first capacitor as the power source, and the second SMPS (220) is arranged to generate thyristor drive signals to drive the thyristors (SCR4-SCR6) of the second rectification unit (120) using the second DC link voltage generated by the second capacitor as the power source, wherein the first inverter unit (150) includes the first and second inverter groups (151, 152) each formed with a plurality of unit inverters, and the second inverter unit (160) includes a third and a fourth inverter groups (161, 162) each formed with a plurality of unit inverters, wherein the first inverter group (151) connects in series to the third inverter group (161) at a first contact point and the second inverter group (152) is connected in series to the fourth inverter group (162) at a second contact point.

Description

DESCRIPCIÓNDESCRIPTION

Inversor con celda de potencia de doble estructuraInverter with double structure power cell

Antecedentes de la descripciónDescription background

Campo de la invenciónField of the invention

Las enseñanzas de acuerdo con las modalidades ilustrativas de esta descripción generalmente se relacionan con un inversor, y más particularmente, con un inversor con celda de potencia de doble estructura configurada para reducir el costo de fabricación de productos, el costo y volumen de fabricación de productos cambiando un inversor de múltiples niveles en cascada de puente en H de 6 niveles convencional para su uso incluso con un alto voltaje de entrada.The teachings in accordance with the illustrative embodiments of this description generally relate to an inverter, and more particularly, to an inverter with a dual structure power cell configured to reduce the cost of manufacturing products, the cost and volume of manufacturing products. changing a conventional 6-level H-bridge cascade multi-level inverter for use even with high input voltage.

AntecedentesBackground

SMPS (Suministro de Energía de Modo Conmutado) se usa como una potencia de estabilización de corriente para varios dispositivos eléctricos/electrónicos/de comunicación controlando el flujo de potencia mediante el uso de un proceso de conmutación semiconductor. Recientemente, junto con la mejora de la función de conmutación de los semiconductores y el desarrollo técnico de los circuitos integrados, se ha implementado en gran medida la miniaturización de SMPS y la investigación para la confiabilidad y la mejora de la eficiencia ha progresado activamente. SMPS (Switched Mode Power Supply) is used as a current stabilizing power for various electrical / electronic / communication devices by controlling the power flow through the use of a semiconductor switching process. Recently, together with the improvement of the switching function of semiconductors and the technical development of integrated circuits, the miniaturization of SMPS has been largely implemented, and the research for reliability and efficiency improvement has been actively progressing.

Cada fase de un inversor de múltiples niveles en cascada de puente en H de 6 niveles convencional incluye una pluralidad de celdas unitarias conectadas en serie, donde cada celda unitaria tiene una estructura del inversor monofásico independiente, y puede obtenerse un alto voltaje mediante el uso de celdas unitarias de bajo voltaje, es decir, semiconductores de potencia de bajo voltaje conectando una pluralidad de celdas unitarias en serie. Un lado de entrada al cual se aplica la potencia de cada celda unitaria se conecta a un transformador de cambio de fase, y el transformador de cambio de fase proporciona una potencia independiente a cada celda unitaria del inversor de múltiples niveles en cascada de puente en H.Each phase of a conventional 6-level H-bridge cascade multi-level inverter includes a plurality of unit cells connected in series, where each unit cell has an independent single-phase inverter structure, and a high voltage can be obtained by using Low-voltage unit cells, that is, low-voltage power semiconductors connecting a plurality of unit cells in series. One input side to which power is applied from each unit cell is connected to a phase shift transformer, and the phase shift transformer provides independent power to each unit cell of the H-bridge cascaded multi-level inverter. .

Para rectificar una potencia de CA trifásica, la celda unitaria que tiene una estructura del inversor monofásico independiente incluye una unidad de rectificación que incluye un diodo y tiristores, una unidad de circuito intermedio de CC configurada para suavizar el voltaje rectificado y una unidad inversora configurada para generar un voltaje PWM (modulación de ancho de pulso) haciendo conmutar un IGBT mediante una señal de PWM.To rectify a three-phase AC power, the unit cell having a separate single-phase inverter structure includes a rectification unit that includes a diode and thyristors, a DC intermediate circuit unit configured to smooth the rectified voltage, and an inverter unit configured to generate a PWM (pulse width modulation) voltage by switching an IGBT via a PWM signal.

Mientras tanto, para controlar la unidad de rectificación y la unidad inversora en cada celda unitaria, un inversor incluye un SMPS y un controlador configurado para controlar el SMPS, y el SMPS aplicado para el inversor básicamente usa una potencia de CC emitida de una unidad de circuito intermedio de CC como una fuente de energía, y genera una señal de activación de IGBT para accionar los elementos de conmutación de potencia de la unidad inversora al recibir una señal de PWM del controlador, y genera una señal de activación de SCR (Rectificador de Controlador de Silicio) para accionar el tiristor, de manera que el tiristor y el elemento de conmutación de potencia son accionados respectivamente al recibir la señal de activación de IGBT y la señal de activación de SCR. En este momento, un inversor de múltiples niveles en cascada de puente en H convencional es del tipo de 6 niveles e incluye un total de 18 celdas unitarias. Por lo tanto, un SMPS configurado para controlar el funcionamiento de cada celda unitaria y un controlador configurado para controlar el SMPS debe incluir además el mismo número que el de las celdas unitarias. Meanwhile, to control the rectification unit and inverter unit in each unit cell, an inverter includes an SMPS and a controller configured to control the SMPS, and the SMPS applied for the inverter basically uses a DC power emitted from a unit of DC intermediate circuit as a power source, and generates an IGBT drive signal to drive the power switching elements of the inverter unit upon receiving a PWM signal from the controller, and generates an SCR (Power Rectifier) drive signal. Silicon Controller) to drive the thyristor, so that the thyristor and the power switching element are driven respectively by receiving the IGBT drive signal and the SCR drive signal. At this time, a conventional H-bridge cascade multi-level inverter is of the 6-level type and includes a total of 18 unit cells. Therefore, an SMPS configured to control the operation of each unit cell and a controller configured to control the SMPS must further include the same number as that of the unit cells.

Mientras tanto, la celda unitaria usada actualmente recibe, como una entrada, 635V desplazados de un voltaje de 6600V proporcionado al sistema a través de un transformador de cambio de fase, donde un voltaje de enlace de CC es 890V. Recientemente, las demandas aumentan en el inversor de medio voltaje a varios voltajes de entrada en los campos del inversor de medio voltaje, lo que significa que el desarrollo de SMPS es necesario para usar varios voltajes de CC. El SMPS usado y desarrollado actualmente es un tipo que usa potencia de CC de 890V a una entrada de 635V en base a una celda unitaria, de manera que la celda unitaria que recibe una entrada de 1270V resulta en un problema de volver a desarrollar un SMPS capaz de usarse a este nivel de voltaje.Meanwhile, the currently used unit cell receives, as an input, 635V shifted from a 6600V voltage provided to the system through a phase-shift transformer, where a DC link voltage is 890V. Recently, demands are increasing on the medium voltage inverter at various input voltages in the medium voltage inverter fields, which means that the development of SMPS is necessary to use various DC voltages. The currently used and developed SMPS is a type that uses 890V DC power at 635V input based on a unit cell, so that unit cell receiving 1270V input results in a problem of redeveloping an SMPS. capable of being used at this voltage level.

Particularmente, a medida que aumenta el voltaje de entrada, surgen muchas dificultades que implican las restricciones sobre el aislamiento de los circuitos y las calificaciones de los elementos de conmutación del núcleo para generar desventajosamente un aumento de los costos de desarrollo y una menor fiabilidad del producto. Por lo tanto, se requieren revisiones e investigaciones para los inversores de medio voltaje capaces de satisfacer las demandas del mercado y asegurar la confiabilidad del producto.Particularly, as the input voltage increases, many difficulties arise involving restrictions on the insulation of the circuits and the ratings of the core switching elements to disadvantageously lead to increased development costs and lower product reliability. . Therefore, reviews and research are required for medium voltage inverters capable of meeting market demands and ensuring product reliability.

El documento EP 2575249 describe un transformador de cambio de fase en un inversor de medio voltaje de múltiples niveles, en donde la estructura se modula para proporcionar libertad de disposición y para reducir el volumen y peso de un sistema completo, y se habilita un funcionamiento continuo de un motor, incluso si un módulo está defectuoso. EP 2575249 describes a phase change transformer in a multi-level medium voltage inverter, wherein the structure is modulated to provide freedom of arrangement and to reduce the volume and weight of a complete system, and continuous operation is enabled. engine, even if a module is faulty.

El documento WO 2013-080383 describe un dispositivo de conversión de potencia de tipo inversor de tres niveles capaz de asegurar la confiabilidad a largo plazo mediante la reducción del voltaje soportado de un transformador aislante para un circuito de accionamiento semiconductor en una circunstancia en la cual un voltaje de la fuente de alimentación a convertir es alto.Document WO 2013-080383 describes a three-level inverter-type power conversion device capable of ensuring long-term reliability by reducing the withstand voltage of a transformer. insulator for a semiconductor drive circuit in a circumstance in which a voltage of the power supply to be converted is high.

El documento JP 2012-228025 describe un dispositivo de conversión de potencia para hacer que el dispositivo sea compacto evitando que el voltaje del capacitor de CC varíe con el periodo de frecuencia fundamental de un voltaje en el lado de la fuente de alimentación o en el lado de carga.JP 2012-228025 describes a power conversion device to make the device compact by preventing the DC capacitor voltage from varying with the fundamental frequency period of a voltage on the power supply side or on the power side. loading.

El documento US 3775662 describe un inversor estático para convertir la potencia de CC a potencia de CA trifásica que tiene un circuito puente conectado a la fuente de potencia de CC y que incluye una pluralidad de rectificadores controlados por silicio encendidos por señales lógicas provenientes de un circuito de control lógico.US 3775662 describes a static inverter for converting DC power to three-phase AC power that has a bridge circuit connected to the DC power source and includes a plurality of silicon-controlled rectifiers powered by logic signals from one circuit logic control.

El documento US 5864475 describe un conversor de potencia que extrae la energía acumulada en un capacitor snubber (un primer capacitor) del segundo capacitor en un circuito serie, compuesto de un segundo capacitor y un diodo, que se proporciona en paralelo con ese capacitor snubber, y la usa como la fuente de potencia de accionamiento para un dispositivo semiconductor de autoapagado.Document US 5864475 describes a power converter that extracts the energy accumulated in a snubber capacitor (a first capacitor) from the second capacitor in a series circuit, composed of a second capacitor and a diode, which is provided in parallel with that snubber capacitor, and uses it as the driving power source for a semiconductor auto-off device.

El documento US 2009/195068 describe un aparato de conversión de potencia que incluye una unidad de accionamiento individual que no requiere una fuente de alimentación, accionadores de compuerta conectados a interruptores y a circuitos de interfaz, y un accionamiento de la compuerta del conversor de potencia configurado con una fuente de alimentación común para suministrar potencia a la unidad de accionamiento de la compuerta, donde la potencia se suministra a partir de los circuitos principales o una menor cantidad de fuentes de alimentación comunes que la cantidad de interruptores a través de uno o más terminales de fuente de alimentación incluidos en el circuito de interfaz.US 2009/195068 describes a power conversion apparatus including a single drive unit that does not require a power source, gate drivers connected to switches and interface circuits, and a gate drive of the configured power converter with a common power supply to supply power to the gate drive unit, where the power is supplied from the main circuits or fewer common power supplies than the number of switches through one or more terminals power supply included in the interface circuit.

El documento US 6542390 describe un sistema de conversión de potencia para accionar una carga, el sistema de conversión de potencia incluye un transformador de potencia que tiene al menos un circuito de devanado primario y al menos un circuito de devanado secundario, el circuito de devanado primario puede conectarse eléctricamente a una fuente de energía de CA; al menos una celda de potencia, cada una de la al menos una celda de potencia tiene una entrada de la celda de potencia conectada a al menos una entrada respectiva del circuito de devanado secundario, una salida monofásica que puede conectarse a la carga, una disposición de SCR que incluye un accionamiento de la compuerta y al menos un SCR conectado a la entrada de la celda de potencia y un bus de CC, un controlador SCR conectado a la disposición de SCR y a la entrada de la celda de potencia, una etapa de salida de PWM que tiene una pluralidad de interruptores PWM conectados al bus de CC y la salida monofásica, y un controlador de modulación local conectado a la etapa de salida de PWM; y un controlador maestro en comunicación con el controlador SCR y el controlador de modulación local de cada una de las al menos una celda de energía, el controlador maestro puede conectarse a la carga para monitorear el flujo de energía a la misma.Document US 6542390 describes a power conversion system for driving a load, the power conversion system includes a power transformer having at least one primary winding circuit and at least one secondary winding circuit, the primary winding circuit can be electrically connected to an AC power source; at least one power cell, each of the at least one power cell has a power cell input connected to at least one respective input of the secondary winding circuit, a single-phase output that can be connected to the load, an arrangement of SCR that includes a gate drive and at least one SCR connected to the input of the power cell and a DC bus, an SCR controller connected to the SCR arrangement and to the input of the power cell, a PWM output having a plurality of PWM switches connected to the DC bus and the single phase output, and a local modulation controller connected to the PWM output stage; and a master controller in communication with the SCR controller and the local modulation controller of each of the at least one power cell, the master controller can be connected to the load to monitor the flow of power thereto.

El documento KR 20110135126 describe un aparato de prevención de corriente de entrada para un inversor de alto voltaje de múltiples niveles en cascada para evitar daños a un módulo de potencia debido a la corriente de entrada al incluir un circuito inicial en cada celda unitaria.Document KR 20110135126 describes an inrush current prevention apparatus for a cascaded multi-level high voltage inverter to prevent damage to a power module due to inrush current by including an initial circuit in each unit cell.

El documento US 6009008 describe un circuito rectificador de puente de arranque suave para aumentar la salida de CC después de la conexión con la entrada de CA para limitar la corriente de entrada.US 6009008 describes a soft start bridge rectifier circuit to increase the DC output after connection with the AC input to limit the input current.

Resumen de la descripciónDescription Summary

La presente descripción se proporciona para solucionar los problemas técnicos mencionados anteriormente y, por lo tanto, la presente descripción se refiere a un inversor con celda de potencia de doble estructura para su uso en alto voltaje de entrada cambiando un inversor de múltiples niveles en cascada de puente en H convencional de 6 niveles para reducir así el producto costo de desarrollo, costo de fabricación y volumen de productos.The present description is provided to solve the technical problems mentioned above and, therefore, the present description refers to a dual structure power cell inverter for use in high input voltage by changing a multi-level inverter in cascade of 6-level conventional H-bridge to reduce product development cost, manufacturing cost and product volume.

La presente invención se define por las características de la reivindicación independiente. Las modalidades beneficiosas preferidas de las mismas están definidas por las características secundarias de las reivindicaciones dependientes.The present invention is defined by the features of the independent claim. The preferred beneficial embodiments thereof are defined by the secondary features of the dependent claims.

Efectos ventajososAdvantageous effects

El inversor con celda de potencia de doble estructura de acuerdo con realizaciones ejemplares de la presente descripción se puede aplicar ventajosamente a la formación de una celda de potencia que funciona al recibir un alto voltaje de 1270V, cuando una celda de potencia de doble estructura se forma con dos celdas de potencia que convencionalmente reciben un bajo voltaje de 635 V, y un voltaje en un punto de contacto, donde las unidades inversoras de la celda de potencia de doble estructura se conectan mutuamente, se emite como un voltaje PWM. Por lo tanto, un SMPS para controlar convencionalmente una celda de potencia que recibe un voltaje de 635 V como entrada se puede usar como tal, por lo que se puede reducir el costo de desarrollo adicional y el costo de fabricación para el desarrollo de un SMPS separado para la celda de potencia que funciona al recibir un alto voltaje de 1270 V. The dual-structure power cell inverter according to exemplary embodiments of the present description can be advantageously applied to the formation of a power cell that operates by receiving a high voltage of 1270V, when a dual-structure power cell is formed With two power cells conventionally receiving a low voltage of 635V, and a voltage at a contact point, where the inverting units of the dual-structure power cell are mutually connected, it is output as a PWM voltage. Therefore, an SMPS to conventionally control a power cell receiving a voltage of 635 V as an input can be used as such, so the additional development cost and manufacturing cost for the development of an SMPS can be reduced. separate for the power cell that works by receiving a high voltage of 1270 V.

Además, el uso de controladores se puede reducir cuando se usa un controlador para controlar dos SMPS, por lo que el costo de fabricación y el volumen del inversor se pueden reducir.Also, the use of controllers can be reduced when one controller is used to control two SMPS, so the manufacturing cost and volume of the inverter can be reduced.

Breve descripción de los dibujosBrief description of the drawings

La Figura 1 es una vista estructural que ilustra un inversor con una celda de potencia de doble estructura de acuerdo con una realización ejemplar de la presente descripción.Figure 1 is a structural view illustrating an inverter with a dual-frame power cell in accordance with an exemplary embodiment of the present disclosure.

La figura 2 es una vista esquemática que ilustra la relación entre el SMPS y el controlador en un inversor con celda de potencia de doble estructura de acuerdo con una realización ejemplar de la presente descripción.FIG. 2 is a schematic view illustrating the relationship between the SMPS and the controller in a dual frame power cell inverter in accordance with an exemplary embodiment of the present disclosure.

Descripción detalladaDetailed description

Ahora, las realizaciones ejemplares de la presente descripción se describirán en detalle con referencia a los dibujos adjuntos.Now, the exemplary embodiments of the present description will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

Al describir la presente descripción, se pueden omitir descripciones detalladas de construcciones o procesos conocidos en la técnica para evitar entorpecer la apreciación de la invención por parte de un experto medio en la técnica con detalles innecesarios con respecto a tales construcciones y funciones conocidas. Se pueden definir términos particulares para describir la invención en el mejor modo conocido por los inventores. Por consiguiente, en los dibujos, el tamaño y los tamaños relativos de las capas, regiones y/u otros elementos pueden exagerarse o reducirse para mayor claridad. Los mismos números se refieren a los mismos elementos en todas partes y se omitirán las explicaciones duplicadas. El significado de términos o palabras específicos utilizados en la descripción y las reivindicaciones no debe limitarse al sentido literal o comúnmente empleado, sino que debe interpretarse o puede ser diferente de acuerdo con la intención de un usuario u operador y los usos habituales. Por lo tanto, la definición de los términos o palabras específicos debe basarse en los contenidos de la descripción.In describing the present description, detailed descriptions of constructions or processes known in the art may be omitted to avoid obstructing the appreciation of the invention by one of ordinary skill in the art with unnecessary detail regarding such known constructions and functions. Particular terms can be defined to describe the invention in the best way known to the inventors. Accordingly, in the drawings, the size and relative sizes of the layers, regions, and / or other elements may be exaggerated or reduced for clarity. The same numbers refer to the same items throughout and duplicate explanations will be omitted. The meaning of specific terms or words used in the description and claims should not be limited to the literal or commonly employed sense, but should be interpreted or may be different in accordance with the intention of a user or operator and common usage. Therefore, the definition of the specific terms or words should be based on the contents of the description.

La Figura 1 es una vista estructural que ilustra un inversor con celda de potencia de doble estructura de acuerdo con una realización ejemplar de la presente descripción, y la Figura 2 es una vista esquemática que ilustra la relación entre el SMPS y el controlador en un inversor con celda de potencia de doble estructura de acuerdo con una realización ejemplar de la presente descripción.Figure 1 is a structural view illustrating a dual-frame power cell inverter in accordance with an exemplary embodiment of the present disclosure, and Figure 2 is a schematic view illustrating the relationship between the SMPS and the controller in an inverter. with dual structure power cell according to an exemplary embodiment of the present disclosure.

Con referencia a las Figuras 1 y 2, un inversor con celda de potencia de doble estructura está configurado de tal manera que cada fase se forma conectando en serie una pluralidad de celdas de potencia operadas al estar conectadas a un transformador de cambio de fase (20) que suministra potencia independiente y recibe una potencia suministrada desde el transformador de cambio de fase (20), donde cada fase suministra potencia a un motor multifásico (30).With reference to Figures 1 and 2, a dual structure power cell inverter is configured such that each phase is formed by connecting in series a plurality of power cells operated by being connected to a phase shift transformer (20 ) that supplies independent power and receives a power supplied from the phase change transformer (20), where each phase supplies power to a multiphase motor (30).

En este momento, la pluralidad de celdas de potencia pueden estar dispuestas en una celda de potencia de 3 niveles, 9 celdas (11-19), y cada una de las celdas de potencia (11-19), según lo confirma la estructura de la celda de potencia (10) en la Figura 2, tiene una estructura doble formada con una primera y segunda regiones de celda de potencia (10a, 10b). Adicionalmente, un inversor (1) con celda de potencia de doble estructura puede incluir un primer SMPS (210) conectado a una primera región de la celda de potencia (10a), un segundo SMPS (220) conectado a una segunda región de la celda de potencia y un controlador (300) configurado para controlar el primer y segundo SMPS (210, 220). At this time, the plurality of power cells may be arranged in a 3-level power cell, 9 cells (11-19), and each of the power cells (11-19), as confirmed by the structure of The power cell (10) in Figure 2 has a double structure formed with first and second power cell regions (10a, 10b). Additionally, an inverter (1) with a dual structure power cell may include a first SMPS (210) connected to a first region of the power cell (10a), a second SMPS (220) connected to a second region of the cell and a controller (300) configured to control the first and second SMPS (210, 220).

En este momento, la primera región de la celda de potencia (10a) puede incluir una primera unidad de rectificación (110), un primer capacitor (130), y una primera unidad inversora (150), y la segunda región de la celda de potencia (10b) puede incluir una segunda unidad de rectificación (120), un segundo capacitor (140) y una segunda unidad inversora (160), donde la configuración de la primera región de la celda de potencia (10a) y la configuración de la segunda región de la celda de potencia (10b) pueden operarse independientemente.At this time, the first region of the power cell (10a) may include a first rectification unit (110), a first capacitor (130), and a first inverter unit (150), and the second region of the power cell. Power (10b) may include a second rectification unit (120), a second capacitor (140) and a second inverter unit (160), where the configuration of the first region of the power cell (10a) and the configuration of the Second region of the power cell (10b) can be operated independently.

La primera unidad de rectificación (110) recibe un potencia independiente del transformador de cambio de fase (20) para rectificar una potencia de CA trifásica, e incluye un diodo y tiristores (SCR1-SCR3) para la prevención de la corriente de entrada. El primer capacitor (130) está conectado a la primera unidad de rectificación (110) para suavizar el voltaje rectificado por la primera unidad de rectificación (110), y el segundo capacitor (140) está conectado a la segunda unidad de rectificación (120) para suavizar el voltaje rectificado por la segunda unidad de rectificación (120), por lo que se genera un primer voltaje de enlace de CC y un segundo voltaje de circuito intermedio de CC, respectivamente. En este momento, el primer capacitor (130) y el segundo capacitor (140) están conectados en serie. The first rectification unit (110) receives independent power from the phase shift transformer (20) to rectify a three-phase AC power, and includes a diode and thyristors (SCR1-SCR3) for inrush current prevention. The first capacitor (130) is connected to the first rectification unit (110) to smooth the voltage rectified by the first rectification unit (110), and the second capacitor (140) is connected to the second rectification unit (120) to smooth the voltage rectified by the second rectification unit (120), whereby a first DC link voltage and a second DC intermediate circuit voltage are generated, respectively. At this time, the first capacitor (130) and the second capacitor (140) are connected in series.

El primer SMPS (210) genera señales de activación del tiristor (SCR_G1-SCR_G3) para eliminar el accionamiento de los tiristores (SCR1-SCR3) de la primera unidad de rectificación (110) mediante el uso del primer voltaje de circuito intermedio de CC (Enlace_de_CC1) generado por el primer capacitor (130) como una fuente de potencia, y genera además señales de activación del inversor (IGBT1-IGBT4) para controlar el funcionamiento de los inversores unitarios (I1-I4) de la primera unidad inversora (150).The first SMPS (210) generates thyristor drive signals (SCR_G1-SCR_G3) to eliminate drive of the thyristors (SCR1-SCR3) from the first rectification unit (110) by using the first DC intermediate circuit voltage ( Link_of_CC1) generated by the first capacitor (130) as a power source, and also generates inverter activation signals (IGBT1-IGBT4) to control the operation of the unit inverters (I1-I4) of the first inverter unit (150) .

Además, el primer SMPS (120) detecta el primer voltaje de circuito intermedio de CC (Enlace_de_CC1) y transmite el primer voltaje de circuito intermedio de CC (Enlace_de_CC1) al controlador (300), y genera señales de activación del inversor (IGBT1-IGBT4) de los inversores de la unidad (I1- I4) al recibir una señal PWM del controlador (300).In addition, the first SMPS (120) detects the first DC link voltage (DC_link1) and transmits the first DC link voltage (DC_link1) to the controller (300), and generates drive signals. inverter (IGBT1-IGBT4) of the unit's inverters (I1- I4) upon receiving a PWM signal from the controller (300).

Mientras tanto, el segundo SMPS (220) genera señales de activación del tiristor (SCR_G1 -SCR_G3) para eliminar la activación de los tiristores (SCR4-SCR6) de la segunda unidad de rectificación (120) utilizando el segundo voltaje del circuito intermedio de CC (Enlace_de_CC2) generado por el segundo capacitor (140) como fuente de energía, y también genera señales de activación del inversor (IGBT5-IGBT8) para controlar el funcionamiento de los inversores de unidad (I5-I8) de la segunda unidad inversora (160). Además, el segundo SMPS (220) detecta el segundo circuito intermedio de CC (Enlace_de_CC2) y transmite el segundo circuito intermedio de CC (Enlace_de_CC2) al controlador (300), y genera señales de activación del inversor (IGBT5-IGBT8) de los inversores unitarios (I5-I8) al recibir una señal de PWM desde el controlador (300).Meanwhile, the second SMPS (220) generates thyristor activation signals (SCR_G1 -SCR_G3) to eliminate the activation of the thyristors (SCR4-SCR6) of the second rectification unit (120) using the second voltage of the DC intermediate circuit (DC2_link) generated by the second capacitor (140) as a power source, and also generates inverter activation signals (IGBT5-IGBT8) to control the operation of the unit inverters (I5-I8) of the second inverter unit (160 ). Furthermore, the second SMPS (220) detects the second DC intermediate circuit (DC_link2) and transmits the second DC intermediate circuit (DC_link2) to the controller (300), and generates inverter activation signals (IGBT5-IGBT8) of the inverters. units (I5-I8) when receiving a PWM signal from the controller (300).

La primera unidad inversora (150) incluye una pluralidad de inversores unitarios (I1-I4) y genera un voltaje de PWM al conmutar cuando recibe las señales de compuerta del inversor (IGBT1-IGBT4) del primer SMPS (210). En este momento, la primera unidad inversora (150) puede incluir conectar en serie un primer grupo inversor (151) y un segundo grupo inversor (152), donde el primer grupo inversor (151) puede incluir una pluralidad de inversores unitarios conectados en serie (12, 14). La segunda unidad inversora (160) incluye una pluralidad de inversores unitarios (I5-I8) y genera un voltaje PWM al conmutar cuando recibe las señales de activación del inversor (IGBT5-IGBT8) del segundo SMPS (220).The first inverter unit (150) includes a plurality of unit inverters (I1-I4) and generates a PWM voltage by switching when it receives the inverter gate signals (IGBT1-IGBT4) from the first SMPS (210). At this time, the first inverter unit (150) may include connecting in series a first inverter group (151) and a second inverter group (152), where the first inverter group (151) may include a plurality of unit inverters connected in series (12, 14). The second inverter unit (160) includes a plurality of unit inverters (I5-I8) and generates a PWM voltage by switching when it receives the inverter drive signals (IGBT5-IGBT8) from the second SMPS (220).

En este momento, la segunda unidad inversora (160) puede incluir conectar en paralelo un tercer grupo inversor (161) y un cuarto grupo inversor (162), donde el tercer grupo inversor (161) puede incluir una pluralidad de inversores unitarios conectados en serie (15, 17), y el cuarto grupo inversor (162) puede incluir una pluralidad de inversores unitarios conectados en serie (16, 18). Mientras tanto, la primera y segunda unidades inversoras (150, 160) están conectadas en serie, y una señal en un punto de contacto conectado por el primer y segundo inversores (150, 160) se emite como voltaje de PWM.At this time, the second inverter unit (160) may include parallel connecting a third inverter group (161) and a fourth inverter group (162), where the third inverter group (161) may include a plurality of unit inverters connected in series. (15, 17), and the fourth inverter group (162) may include a plurality of unit inverters connected in series (16, 18). Meanwhile, the first and second inverter units (150, 160) are connected in series, and a signal at a contact point connected by the first and second inverters (150, 160) is output as PWM voltage.

Es decir, el primer grupo inversor (151) de la primera unidad inversora (150) y el tercer grupo inversor (161) de la segunda unidad inversora (160) se contactan mutuamente en un primer punto de contacto (S1), y el segundo grupo inversor (152) de la primera unidad inversora (150) y el cuarto grupo inversor (162) de la segunda unidad inversora (160) se contactan mutuamente en un segundo punto de contacto (S2).That is, the first inverter group (151) of the first inverter unit (150) and the third inverter group (161) of the second inverter unit (160) contact each other at a first contact point (S1), and the second Inverter group (152) of the first inverter unit (150) and the fourth inverter group (162) of the second inverter unit (160) mutually contact each other at a second contact point (S2).

En este momento, una señal en el primer punto de contacto (S1) y el segundo punto de contacto (S2) se emiten como voltajes de PWM de la celda de potencia (10). El controlador (300) envía las señales de PWM al primer y segundo SMPS (210, 220), donde el primer y segundo Sm PS (210, 220) generan las señales de activación del inversor (IGBT1-IGBT8) en respuesta a la señal de PWM.At this time, a signal at the first contact point (S1) and the second contact point (S2) are output as PWM voltages from the power cell (10). The controller (300) sends the PWM signals to the first and second SMPS (210, 220), where the first and second Sm PS (210, 220) generate the inverter activation signals (IGBT1-IGBT8) in response to the signal of PWM.

Mientras tanto, aunque la modalidad ilustrativa de la presente descripción ha descrito una configuración donde se incluye un único controlador (300) para controlar tanto el primer como el segundo SMPS (210, 220), la presente descripción no se limita a esto, y pueden incluirse dos controladores para controlar el primer y segundo SMPS (210, 220) respectivamente.Meanwhile, although the illustrative embodiment of the present disclosure has described a configuration where a single controller (300) is included to control both the first and second SMPS (210, 220), the present disclosure is not limited thereto, and may two controllers are included to control the first and second SMPS (210, 220) respectively.

De acuerdo con la presente descripción configurada de esta manera, cuando se forma una sola celda de potencia de doble estructura con dos celdas de potencia que usan una entrada convencional de 635 V, y se emite un voltaje en un punto de contacto mutuamente conectado por la unidad inversora de la celda de potencia de doble estructura como un voltaje de PWM, se puede hacer una celda de potencia que funciona cuando recibe 1270 V.According to the present description configured in this way, when a single dual structure power cell is formed with two power cells using a conventional 635 V input, and a voltage is output at a mutually connected contact point by the Dual structure power cell inverter unit as a PWM voltage, it can make a power cell that works when it receives 1270V.

Además, de acuerdo con la configuración descrita de esta manera, se puede usar un SMPS para controlar una celda de potencia que recibe una entrada convencional de voltaje de 535V, de tal manera que se puede reducir el costo de desarrollo adicional para el desarrollo de un SMPS separado para la celda de potencia que funciona al recibir un alto voltaje de 1270 V, y el costo de fabricación.In addition, according to the configuration described in this way, an SMPS can be used to control a power cell receiving a conventional 535V voltage input, such that the additional development cost for the development of a Separate SMPS for the power cell operating by receiving a high voltage of 1270 V, and the cost of manufacturing.

Además, cuando se emplea un controlador para controlar dos SMPS, el uso del controlador se puede reducir para reducir el costo de fabricación y el volumen del inversor. Also, when one controller is used to control two SMPS, the use of the controller can be reduced to reduce the manufacturing cost and volume of the inverter.

Claims (5)

REIVINDICACIONES 1. Un inversor con celda de potencia de doble estructura, el inversor comprende:1. An inverter with a double structure power cell, the inverter comprises: una pluralidad de celdas de potencia, cada una con una pluralidad de regiones de la celda de potencia, donde cada fase de potencia se forma conectando en serie una pluralidad de celdas de potencia, y cada una de la pluralidad de celdas de potencia está configurada para recibir una potencia suministrada por un transformador de cambio de fase (20):a plurality of power cells, each with a plurality of power cell regions, where each power phase is formed by connecting a plurality of power cells in series, and each of the plurality of power cells is configured to receive a power supplied by a phase change transformer (20): caracterizado porque cada celda de potencia comprende:characterized in that each power cell comprises: un primer SMPS (Suministro de Energía de Modo Conmutado, 210) conectado a una primera región (10a), un segundo SMPS (220) conectado a una segunda región (10b) y un controlador (300) conectado al primer y segundo SMPS (210, 220),a first SMPS (Switched Mode Power Supply, 210) connected to a first region (10a), a second SMPS (220) connected to a second region (10b), and a controller (300) connected to the first and second SMPS (210 , 220), en donde la primera región (10a) se configura para incluir una primera unidad de rectificación (110), un primer capacitor (130) y una primera unidad inversora (150), y la segunda región (10b) se configura para incluir una segunda unidad de rectificación (120), un segundo capacitor (140) y una segunda unidad inversora (160), en donde el primer capacitor (130) y el segundo capacitor (140) se conectan en serie,wherein the first region (10a) is configured to include a first rectification unit (110), a first capacitor (130), and a first inverter unit (150), and the second region (10b) is configured to include a second unit rectification (120), a second capacitor (140) and a second inverter unit (160), where the first capacitor (130) and the second capacitor (140) are connected in series, en donde el controlador (300) se configura para controlar el primer SMPS (210) y el segundo SMPS (220),where the controller (300) is configured to control the first SMPS (210) and the second SMPS (220), en donde el primer SMPS (210) se dispone para generar señales de activación del inversor para controlar la primera unidad inversora (150) al recibir una primera señal de control desde el controlador (300),wherein the first SMPS (210) is arranged to generate inverter activation signals to control the first inverter unit (150) upon receiving a first control signal from the controller (300), en donde el segundo SMPS (220) se dispone para generar señales de activación del inversor para controlar la segunda unidad inversora (160) al recibir una segunda señal de control desde el controlador (300),wherein the second SMPS (220) is arranged to generate inverter activation signals to control the second inverter unit (160) upon receiving a second control signal from the controller (300), en donde cada una de la primera unidad de rectificación (110) y la segunda unidad de rectificación (120) se configura para incluir una pluralidad de tiristores (SCR1- SCR3, SCR4-SCR6) para evitar la corriente de entrada, ywherein each of the first rectification unit (110) and the second rectification unit (120) is configured to include a plurality of thyristors (SCR1-SCR3, SCR4-SCR6) to avoid input current, and en donde el primer SMPS (210) se dispone para generar señales de activación del tiristor para accionar los tiristores (SCR1-SCR3) de la primera unidad de rectificación (110) usando el primer voltaje de enlace de CC generado por el primer capacitor como fuente de energía, y el segundo SMPS (220) está dispuesto para generar señales de activación del tiristor para accionar los tiristores (SCR4-SCR6) de la segunda unidad de rectificación (120) utilizando el segundo voltaje de enlace de CC generado por el segundo capacitor como fuente de energía, en donde la primera unidad inversora (150) incluye el primer y segundo grupos inversores (151, 152) cada uno formado con una pluralidad de inversores unitarios, y la segunda unidad inversora (160) incluye un tercer y un cuarto grupos inversores (161, 162) cada uno formado con una pluralidad de inversores unitarios,wherein the first SMPS (210) is arranged to generate thyristor drive signals to drive the thyristors (SCR1-SCR3) of the first rectification unit (110) using the first DC link voltage generated by the first capacitor as a source. of power, and the second SMPS (220) is arranged to generate thyristor drive signals to drive the thyristors (SCR4-SCR6) of the second rectification unit (120) using the second DC link voltage generated by the second capacitor as a power source, wherein the first inverter unit (150) includes the first and second inverter groups (151, 152) each formed with a plurality of unit inverters, and the second inverter unit (160) includes a third and a fourth investor groups (161, 162) each formed with a plurality of unit investors, en donde el primer grupo inversor (151) se conecta en serie al tercer grupo inversor (161) en un primer punto de contacto y el segundo grupo inversor (152) se conecta en serie al cuarto grupo inversor (162) en un segundo punto de contacto.wherein the first inverter group (151) is connected in series to the third inverter group (161) at a first contact point and the second inverter group (152) is connected in series to the fourth inverter group (162) at a second point of contact. Contact. 2. El inversor de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la primera unidad de rectificación (110) se configura para llevar a cabo la rectificación al recibir potencia del transformador de cambio de fase (20), el primer capacitor (130) se configura para generar el primer voltaje de enlace de CC suavizando un voltaje rectificado cuando se conecta a la primera unidad de rectificación (110), y la primera unidad inversora (150) se configura para generar una tensión de PWM cuando conmuta en respuesta al control del primer SMPS (210).The inverter according to claim 1, wherein the first rectification unit (110) is configured to carry out rectification upon receiving power from the phase shift transformer (20), the first capacitor (130) is configured to generate the first DC link voltage by smoothing a rectified voltage when connected to the first rectification unit (110), and the first inverter unit (150) is configured to generate a PWM voltage when switched in response to the control of the first SMPS (210). 3. El inversor de acuerdo con la reivindicación 2, en donde la segunda unidad de rectificación (120) está configurada para realizar la rectificación cuando recibe una potencia del transformador de cambio de fase (20), el segundo condensador (140) está configurado para generar el segundo voltaje de enlace de CC al suavizar un voltaje rectificado cuando se conecta a la segunda unidad de rectificación (120), y la segunda unidad inversora (160) está configurada para generar un voltaje PWM cuando conmuta en respuesta al control del segundo SMPS (220).The inverter according to claim 2, wherein the second rectification unit (120) is configured to perform rectification when it receives a power from the phase-shift transformer (20), the second capacitor (140) is configured to generating the second DC link voltage by smoothing a rectified voltage when connected to the second rectification unit (120), and the second inverter unit (160) is configured to generate a PWM voltage when switching in response to the control of the second SMPS (220). 4. El inversor de acuerdo con la reivindicación 1, en donde una señal en el primer punto de contacto y una señal en el segundo punto de contacto se emiten como señales de PWM de las celdas de potencia.The inverter according to claim 1, wherein a signal at the first contact point and a signal at the second contact point are output as PWM signals from the power cells. 5. El inversor de acuerdo con cualquier reivindicación de la 1 a la 4, en donde el controlador (300) es un único controlador formado para controlar tanto el primer como el segundo SMPS (210, 220). The inverter according to any claim 1 to 4, wherein the controller (300) is a single controller formed to control both the first and second SMPS (210, 220).
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